遙感技術在礦山開發監測中的應用探析

劉欣悅 特日根

【摘? 要】結合礦產資源開發狀況和礦山遙感監測技術現狀，論文分析總結了遙感技術在礦區開發狀況和生態環境監測領域的應用現狀及發展趨勢，在此基礎上指出了面臨的關鍵問題、技術難點和解決思路，促進遙感技術在礦山遙感監測領域的應用。

【Abstract】Combined with the present situation of mineral resources exploitation and mine remote sensing monitoring technology， the paper analyzes and summarizes the application status and development trend of remote sensing technology in the field of mining area development and ecological environmental monitoring. On this basis， the paper points out the key problems， technical difficulties and solutions， and promotes the application of remote sensing technology in mine remote sensing monitoring field.

【關鍵詞】礦山開發;遙感;監測

【Keywords】mine development; remote sensing; monitoring

【中圖分類號】P237;TD17? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）02-0188-02

1 引言

礦產資源是國民經濟和社會發展的重要物質基礎。我國的礦業開發規模位居世界第三，是我國的支柱性產業之一[1]。隨著我國的工業化進程逐漸加快，煤礦、鐵礦、油氣等礦產資源的需求突增導致價格一路攀升，極大地促進了礦產資源領域的發展。但是長期以來，礦業開發秩序混亂，礦區缺乏實時監管，引發了如礦產資源浪費、越界違法開采、生態環境破壞等一系列問題。由于礦區的不合理開發，導致的水體污染、地面塌陷等地質災害，已經對礦區人民的生命及財產安全構成了極大的威脅，制約了經濟和社會的持續發展。

遙感技術在礦山開發監測中，能夠通過提供客觀、實時的遙感基礎數據對礦區進行變化監測、生態環境監測和地質災害分析。通過宏觀的動態監測，對開采利用過程中引發的各種問題形成綜合分析，為有關礦政部門提供技術支持，推進資源的綜合利用，實現產業的可持續發展。

2 礦區遙感監測應用現狀

遙感是一種空間探測技術，可以概括為借助光、熱、無線電波等電磁能量來探測地物特性的科學[2]。遙感技術具有及時性、寬覆蓋的特征，以高空視角短時間內即可實現對地面的大范圍觀測。同時，與傳統野外現場勘查相比，克服人為因素的干擾，保證了獲取信息的客觀性和真實性。遙感信息已經逐步成為礦產開采的基本信息來源之一，在礦山開發管理、生態環境監測、地質災害預警等領域中發揮了重要的作用。

目前應用比較廣泛的高空間分辨率數據主要有WorldView、SPOT、QuickBird、國產高分系列等。商業對地觀測衛星遙感數據中WorldView-4數據的全色波段分辨率已經達到0.3m，軌道重訪周期1.1d;國內高空間分辨率衛星中的高分系列具有較高的定位精度，高分二號衛星（GF-2）空間分辨率優于1m，幅寬達到45km。高時間分辨率中以高分四號衛星數據應用較多，作為中國第一顆地球同步軌道衛星，擁有400m的超大幅寬，重訪周期僅有20s。高光譜分辨率衛星數據Hyperion，幾何分辨率30m，波段數高達220個。無人機遙感是一種航空遙感手段，相比衛星遙感具有精度高、成本低、續航時間長、實時傳輸、機動靈活的優勢，已經開始應用于礦山監測中[3]。

2.1 礦產資源開發監測

礦產資源是一種不可再生資源，是社會生產發展的重要物質基礎。礦產資源開發監測的常用遙感解譯包括：

①礦產資源開采點位置：井口、硐口、露天開采場、活動采區等。

②開采礦產種類：鐵礦、煤礦等。

③開采狀況：正在開采、停產、關閉。

④開采方式：露天開采、地下開采、聯合開采。

⑤礦業秩序：無證開采、越界開采等。通過對以上地物的監測，一方面可以對礦區開發狀況進行動態監測，指導礦山發展規劃和決策的制定，促進礦產資源的可持續化發展;另一方面也可以對礦產資源開發催生出的違規開采等問題起到監督作用，有效提高了礦政管理的工作效率。

2.2 礦山環境監測和治理

礦山開采的過程中對生態環境造成了一定程度的破壞，如水體污染、大氣污染、植被退化、水土流失、土地塌陷等問題。在礦山環境監測中，利用高光譜影像數據，可開展大型水體環境、宏觀生態環境、重大污染事故、核安全和生物多樣性等生態環境遙感監測業務。例如，以水體的反射光譜特征和水體顏色為指標可以監測水體污染;根據污染區的作物與正常生長區作物的光譜比對可以確定地面污染。利用遙感技術構建礦區生態環境質量評價體系，進而對礦山的污染治理提出合理化建議。

2.3 地質災害預警和分析

礦產資源開發帶來了嚴重的環境地質問題，滑坡、采空塌陷在各地的采礦區頻發。利用遙感技術進行地質災害監測，主要體現在災前預警、災害監測和災后重建三個方面。在礦山遙感監測中，通過對監控區域多期影像對比可以發現次生地質災害的變化規律，排除礦山開采的安全隱患，對潛在的大型地質災害進行預警，積極響應評估災害損失，對災后重建工作有指導意義。

3 遙感技術礦山監測應用的挑戰

在礦山開發的過程中，利用多源遙感數據，能夠快速、及時、準確地對地上地下采掘過程中引發的相關問題進行監控。但是，至今礦產資源遙感監測技術在理論研究和實際應用上仍存在一些不足，尚未得到大規模的推廣利用，主要原因如下：

①我國礦山遙感的監測區域大部分位于中高山區，地形復雜多變，受不同開發方式的影響，會引發各種違法開采和不同的地質災害問題。因此，正確選取監控區域、合理規劃監控覆蓋周期，是礦區遙感監測的前提條件。

②雖然目前遙感數據源種類繁多，但是衛星的整體性能和數據質量參差不齊，且長期依賴于國外數據，難以為周期性觀測提供數據支撐。不同空間分辨率和光譜分辨率的數據價格不等，需要根據監測目標的成像機理來選取合適的數據源，以較高的性價比取得良好的監測效果。

③結合不同礦山實體要素的遙感影像特征，建立完善的質量控制體系，選取適宜的模式識別和圖像分類算法。輻射校正和圖像融合是高分遙感應用于礦山監測圖像處理中的核心，需要進一步深入研究適用于大數據量級的高保真融合算法來提高礦山監測工作的精度和效率。

④礦山基礎遙感數據庫缺乏，阻礙了礦山遙感監測的推廣應用。在缺少相應地質、測量、采礦信息資料的情況下，如何建立遙感地理模型和遙感信息模型，構建定量分析研究方法，實現多源遙感信息的復合是一項巨大的挑戰。

4 進一步推廣礦山遙感監測的建議

遙感技術在礦山的生產管理中發揮了巨大的作用，具有廣闊的前景，為深入推進礦山遙感監測應用，提出了促進遙感應用與礦山監測的政策建議如下：

①加強宏觀調控。加大政府引導力度，制定礦山遙感監測規范，完善礦山開采相關政策法規。合理統籌礦產資源開發規劃布局，實現礦產資源的可持續開發與利用。對于礦山開采過程中的越界開采、非法轉讓采礦權和探礦權等違法行為，礦產資源監管機構和基層執法部門必須及時進行清理和查處，建立依法有序的開采秩序。

②選取適宜數據源。在滿足經濟適用的前提下，按照不同監控目標精度要求選取適宜分辨率的數據源。例如，利用中等分辨率衛星影像對露天采礦場等大尺度地物進行識別，對大范圍的水體污染、地質塌陷、固體廢棄物堆積等環境問題進行監測;利用高分辨率衛星影像可以對采礦場內部礦坑、尾礦庫、排土場等小尺度地物的識別分類和變化監測，顯示礦山內部布局和細節;利用高光譜衛星影像識別礦山環境要素和礦種類型，對礦山環境污染問題定量、半定量反演分析;利用微波遙感觀測礦山開采所引起的地面沉降、塌陷等地質災害問題，且監測過程中不受氣象條件限制。

③構建技術體系。在礦山監測的過程中，應考慮多種遙感傳感器之間的協同與立體觀測，輔以無人機、地面固定平臺等技術獲取補充數據，結合人工智能、大數據集成分析技術促進礦山遙感監測的綜合應用，構建通用、高效的監測技術體系。

5 結語

隨著遙感技術的飛速發展，遙感影像的時間、空間和光譜分辨率不斷提高，特別是國產資源衛星整體性能也日益精進，將為礦山資源開發利用提供及時、穩定的空間信息技術支持。相關礦政部門及企業應加強多源數據礦山遙感監測尺度問題研究，推進3S技術的集成化一體化進程，促進遙感技術在礦山可持續發展規劃中的綜合應用發展。

【參考文獻】

【1】李萬倫，甘甫平.礦山環境高光譜遙感監測研究進展[J].國土資源遙感，2016，28（02）：1-7.

【2】朱玉芳，王繼朋，穆媛芮.遙感技術在礦山資源管理中的應用探討[J].西部探礦工程，2017，29（05）：179-180.

【3】劉善軍，王植，徐白山，毛亞純.天空地多源遙感監測方法在礦山應用的研究[A].中國遙感應用協會環境遙感分會、中國遙感應用協會組織與培訓交流部.第十七屆中國環境遙感應用技術論壇論文集[C].中國遙感應用協會環境遙感分會、中國遙感應用協會組織與培訓交流部：中國遙感應用協會，2013：5.